2019ACME未来科技挑战赛——未来技术-脑控机器人竞速赛
一、比赛简介
脑-机接口是近年来的研究热点，脑-机接口是指不依赖生物正常的脊髓或外周神经系统，在生物脑神经与外部环境之间建立一种新的信息交流和控制通路，实现生物大脑与外部设备之间的直接互联。在今年4月份央视节目《挑战不可能》中，由清华大学研制的脑-机接口系统帮助渐冻症患者实现了通过脑电波控制电脑打字，预示着该技术即将走出实验室，广泛应用于医疗与儿童教育领域。因此设置基于脑-机接口技术控制机器人竞速赛，旨在激发学生对当前科学技术和交叉学科的兴趣，提高学生的动手能力，团队协作能力，和程序编写能力，做到以赛代练，提高自身科学技术素养。
本项比赛涉及到的脑控机器人平台（包括：脑电采集设备（EEG），肌电采集设备，竞速机器人）均由组织方提供。该脑控机器人平台支持如python，makecode等开发环境下的二次开发设计。
本项比赛主要考察选手利用主动式脑电控制机器人的能力，考察选手对脑-机接口技术的认识，了解和应用，考察选手编写脑电处理算法的能力。主要内容是利用脑电控制机器人的前进，利用肌电控制机器人的转向，使机器人按照指定赛道完成任务，并统计所用时间。主要技术难点在于熟悉脑电信号的采集过程，操作者自身脑电与机器人的精准配合，算法与程序的执行效率。最终以跑完赛道的时间，算法和程序质量，以及答辩进行综合评分。
二、参赛范围及要求
本项目竞赛分为小学组和中学组两个组别，各组别要求如下：
小学组：每个参赛队伍中参赛成员不得少于3人，且都为1到6年级在校学生。 小学组直接利用主办方提供的脑控机器人平台进行比赛，无需自行编写相关程序。
中学组：每个参赛队伍中参赛成员不得少于3人，初、高中学生可自行组队，且都为初一到高三在校学生。主办方提供基于python的脑控机器人部分例程，参赛团队需要自行调整脑电信号阈值，编写肌电控制命令与机器人控制程序。
注：提交报名材料时需注明参赛选手年龄、在读学校等信息。
三、赛项说明
1. 违规判罚出场情况（如有下列情况之一则判罚出场）
1）导致比赛场地设施损坏或导致己方/其他方机器人损坏。
2）未用脑电控制机器人参与比赛。
3）做出任何有悖公平竞争精神和参赛队之间友谊的动作。
4）干扰裁判或无视裁判员的指令或警告。
5）迟到30分钟以上或按照规定顺序未能及时参加比赛。
2. 比赛排名原则
竞速比赛得分取决于机器人跑完全程所需时间，答辩得分取决于最终成绩所有团队以跑完赛程用时升序排列。
3. 安全说明
所有参赛机器人均不能对操作者、裁判、比赛工作人员、观众、对方的设备和比赛场地造成伤害，否则取消参赛资格。
4. 解释权说明
主办方保留最终解释权。
四、比赛场地及设备
1. 比赛场地说明
比赛场地尺寸规格如图1所示。赛道占地面积约9平米，赛道全长12米，赛道宽度25厘米，赛道共6个弯。
图1 比赛场地尺寸规格图
2. 脑控机器人平台
采用如图2所示的OpenBCI脑电采集设备，该设备提供了python等二次开发的数据接收接口，比赛过程中的脑电信号只能采用主动式头皮记录的电信号（EEG）。如图3所示，肌电信号采用gForce手势模块控制，机器人采用Qbit直立机器人。其中，gForce模块利用串口与计算机进行通信，基于Micro:bit控制板的Qbit机器人可以通过蓝牙接受命令。
图2 OpenBCI脑电采集设备
图3 gForce手势模块与Qbit机器人
五、评分标准
1. 竞赛评分
竞赛排名第一的团队为100分，竞赛排名最后的队伍为60分。排名中间队伍的得分采用公式1进行计算，其中，tmin为冠军队伍所用时长，tmax为排名最后队伍所用时长，t为待计算队伍所用时长，S为带计算队伍的竞赛得分。比赛中计时分辨率不低于10毫秒，竞赛得分四舍五入至整数。若竞赛得分相同，则用时少者排名更高（精确至10毫秒），若用时一致，则采用并列排名。
公式1
2. 答辩评分
答辩总分为30分，由答辩老师评价团队汇报情况，询问相关基础知识，脑电分析方法，制胜策略等，最终得分由答辩老师具表现给定。
六、赛程赛事
1. 比赛流程
所有参赛队伍按照主办方统计顺序，首先进行竞赛阶段，之后统一按竞赛的参赛顺序参与答辩。所有团队的脑控机器人设备需要经过主办方的检查，检查通过后方能参加比赛，若设备出现问题，赛前可以与主办方协商更换设备，队伍开始比赛后不得更换设备，如比赛过程时出现重大问题，以弃权处理。在比赛开始前，各队有一共30分钟的设备调试与测试机器人适应跑道时间。时间结束后，由第一队开始比赛，此时其他队伍回到准备区，不得影响比赛队伍。在裁判记录完当前队伍的成绩后，经裁判允许，后续队伍才能进入比赛区。
2. 竞赛内容及说明
竞赛场地分为比赛区和准备区。采用竞速计时赛的规则，在一只队伍计时比赛过程中，其他队伍需要在准备区等待，在准备区等待的选手们可以继续调试设备。由于脑电信号极易受到外界干扰，因此准备区距离比赛区3米以外，处于准备区的选手不得干扰正在参与比赛的选手。参加完比赛的团队需要及时回到准备区等待答辩。
计时竞赛采用取最优结果的方式，即每组最多可以连续参与2次计时竞赛，最终结果取用时最短的一次结果，计时竞赛全程为跑道两圈（约24米）。
注：1）若比赛过程中Qbit机器人倒地，则只能有1名队员将其在原地扶起，计时不中断，若扶起位置不是当前倒地位置，则扣10分。
2）比赛过程中Qbit机器人未能及时转弯而撞墙，只能通过脑电/手势信号控制其后退重新转弯，不能有选手手动干涉，同时计时不中断。如有选手干涉则扣5分。
3）若比赛过程中设备电量不足，则记当前比赛无效，待设备充满电后重新进行计时比赛。同时扣除竞赛成绩20%（例如，经过计算当前团队补赛成绩为80分，则最终竞赛成绩为64分，不影响答辩分数）。
4）机器人不可利用后退指令跑完全程（有Micro:bit控制板一侧为Qbit机器人的正面）。即比赛过程中必须利用脑电控制机器人的前进（前进或者速度等，取决于团队的程序设计），不可利用手势信号控制机器人的前进和前进速度。经裁判发现或者其他团队举报，则取消当前队伍参赛资格。
5）若用时超过5分钟机器人依然没有跑完全程（2圈，24米）则视为弃权，用时结果不作为评价其他队伍的标准，直接记50分。
3. 答辩说明
答辩形式以PPT加程序代码的形式呈现，其中PPT中包括各模块的连接图、脑电和手势（肌电）记录区域，脑电分析方法、控制思路，制胜策略等。程序需提供源码以供检查。现场答辩老师会提出相应的问题，视学生回答情况进行打分。注：小学组只需要汇报脑电和手势的记录区域，控制机器人思路，制胜策略即可。
4. 总分
该项竞赛的总分包括计时赛的时间得分（满分100）和答辩得分（满分30），以最终得分降序排列。若最终得分一致则以比赛用时评定，用时少者具有更高的排名。
七、其他事项
1. 按照大赛规则填写参赛人员报名资料，且所有填写的参赛人员报名资料、信息是真实、有效、合法的；
2. 就参赛人员参赛提交的源代码等任何信息或文件，参赛人员拥有合法、有效、完整的著作权或所有权，且不侵犯任何第三方的权利；
3. 参赛队同意和允许举办方获取和收集参赛人员提交的参赛作品（包括提交的源代码），参赛人员同意，举办方有权使用上述参赛作品，包括用于筛选大赛的入围、晋级，商业合作与开发，大赛宣传推广，人才统计与推荐，及与大赛相关的其他事宜。
4. 比赛期间，规则中未尽事项由技术委员会决定。竞赛组委会授权技术委员会对比赛规则进行解释。
5. 本规则是实施裁判工作的依据。竞赛中如遇争议，技术委员会通过复查比赛录像做出最终裁决。涉及裁决的任何异议需由参赛选手在比赛期间向裁判长提出，组委会不接受领队或学生家长的投诉。
八、赛项样例